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2004年第1期能源技术与管理1

专论与综述

煤矿绿色开采技术的研究与实践

钱鸣高,许家林,缪协兴
(中国矿业大学,江苏徐州221008)
[摘要]阐述了煤矿绿色开采的提出、概念及绿色开采技术体系。绿色开采
技术的主要内容应包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条
带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭
地下气化等,介绍了基于岩层控制的关键层理论开展的绿色开采技术
研究与实践成果。
[关键词]绿色开采;关键层理论;岩层移动
[中图分类号]TD823[文献标识码]A[文章编号]100326083(2004)0120001204

发生巨大的变化,由此形成了矿区独特的生态环
1煤矿绿色开采的提出
境问题,如造成农田以及建筑物破坏,村庄迁徙,
党的十六大报告明确提出“⋯⋯走出一条科矸石堆积,使河川径流量减少,以及地下水供水水
技含量高,经济效益好,资源消耗低,环境污染少,源干枯,在地面导致的土地沙漠化,由于开采而使
人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”矿物内的有害物质流入地下水中等。我国目前的
因此,必须充分考虑我国资源相对短缺,环境比较煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产
脆弱的基本特点,建立起适合我国国情的资源节成本不完全。如投入不足;技术装备落后;安全设
约、环境友好的新型工业化发展道路。施欠帐;工人工资太低。二是相关费用支付不全。
近期提出的循环经济(recyclingeconomy)是指如矿产资源费以及植被恢复,地面塌陷与水损失;
遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重污染治理等。提出并形成绿色开采技术是为了正
构经济系统[1],将经济活动高效有序地组织成一视开采对环境造成的影响和破坏,并有清醒的认
个“资源利用—绿色工业—资源再生”的封闭型物识与足够的估量,以便提出必要的对策和对政府
质能量循环的反馈式流程,保持经济生产的低消提出必要的政策建议。
耗、高质量、低废弃,从而将经济活动对自然环境煤炭开采形成的环境问题主要为:
的影响破坏减少到最低程度。它不同于传统经济(1)对土地资源的破坏和占用。煤炭开采对
的“高开采、低利用、高排放”,而是达到“低开采、土地资源的破坏损害,井下开采以地表塌陷和矸
高利用、低排放”的可持续发展目标。显然,此处石山压占为主,而露天开采则以直接挖损和外排
的“绿色工业”是广义的概念,应由各个工业部门土场压占为主。
去实现。对矿业来说就是要实现“绿色矿业”。(2)对水资源的破坏和污染。煤炭开采过程
“绿色矿业”的核心内容之一就是要实现“绿色开中,进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙
采”。对煤系含水层的自然疏干,破坏了地下水资源。
“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿同时开采还可能污染地下水资源。
色工业的原则,形成一种与环境协调一致的,努力(3)对大气环境的污染。主要来自矿井排出
去实现“低开采、高利用、低排放”的开采技术。的煤层瓦斯抽放和煤矿矸石山的自燃。
矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致以山西省为例,1949～1998年共生产原煤56
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的,而进行开发建设后,强烈的人为活动便使环境亿多t,地面塌陷破坏面积达666000多hm,其中
40%是耕地。矸石山占地2000多hm2。至1998
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(59674011,50374066);国年煤炭地下采空面积达1300km(全省面积的
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家杰出青年科学基金项目(50225414)1%)。采煤破坏地下水412亿m/a,地表水迳流
2钱鸣高等煤矿绿色开采技术的研究与实践2004年第1期

减少,导致井水位下降或断流共计3218个,影响下气化技术。这些内容构成的绿色开采技术体系
水利工程433处,水库40座,输水管道793890m;简要表达如图1所示。
造成1678个村庄,812715口人,108241头牲畜开采引起环境与主要安全问题的发生都与开
饮水困难。使本来缺水的山西环境受到进一步破采后造成的岩层运动有关(岩体不破坏上述问题
坏。平均每采万t原煤造成塌陷土地012hm2,每都不会发生),因此,绿色开采的重大基础理论为:
年新增塌陷地约2万hm2。①采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布以及离层规

矿井瓦斯即煤层气,它是比CO2还严重的温律;②开采对岩层与地表移动的影响规律;③水与
室气体,也是导致煤矿重大安全事故的根源。据瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律;④岩体应力场分
初步估计,我国2000m浅范围内具有30～35万布规律及岩层控制技术。
亿m3煤层气资源,居世界前列。但由于我国煤层
透气性小,难以在开采前抽出。建国以来,我国煤
矿发生煤与瓦斯突出事故1500余次,仅2001年
由于瓦斯事故的死亡人数达2356人,为煤矿总
死亡人数的40%。煤矿每年排放瓦